TY - THES A1 - Morling, Karoline T1 - Import and decomposition of dissolved organic carbon in pre-dams of drinking water reservoirs T1 - Eintrag und Abbau von gelösten Kohlenstoffen in Vorsperren von Trinkwassertalsperren N2 - Dissolved organic carbon (DOC) depicts a key component in the aquatic carbon cycle as well as for drinking water production from surface waters. DOC concentrations increased in water bodies of the northern hemisphere in the last decades, posing ecological consequences and water quality problems. Within the pelagic zone of lakes and reservoirs, the DOC pool is greatly affected by biological activity as DOC is simultaneously produced and decomposed. This thesis aimed for a conceptual understanding of organic carbon cycling and DOC quality changes under differing hydrological and trophic conditions. Further, the occurrence of aquatic priming was investigated, which has been proposed as a potential process facilitating the microbial decomposition of stable allochthonous DOC within the pelagic zone. To study organic carbon cycling under different hydrological conditions, quantitative and qualitative investigations were carried out in three pre-dams of drinking water reservoirs exhibiting a gradient in DOC concentrations and trophic states. All pre-dams were mainly autotrophic in their epilimnia. Discharge and temperature were identified as the key factors regulating net production and respiration in the upper water layers of the pre-dams. Considerable high autochthonous production was observed during the summer season under higher trophic status and base flow conditions. Up to 30% of the total gained organic carbon was produced within the epilimnia. Consequently, this affected the DOC quality within the pre-dams over the year and enhanced characteristics of algae-derived DOC were observed during base flow in summer. Allochthonous derived DOC dominated at high discharges and oligotrophic conditions when production and respiration were low. These results underline that also small impoundments with typically low water residence times are hotspots of carbon cycling, significantly altering water quality in dependence of discharge conditions, temperature and trophic status. Further, it highlights that these factors need to be considered in future water management as increasing temperatures and altered precipitation patterns are predicted in the context of climate change. Under base flow conditions, heterotrophic bacteria preferentially utilized older DOC components with a conventional radiocarbon age of 195-395 years before present (i.e. before 1950). In contrast, younger carbon components (modern, i.e. produced after 1950) were mineralized following a storm flow event. This highlights that age and recalcitrance of DOC are independent from each other. To assess the ages of the microbially consumed DOC, a simplified method was developed to recover the respired CO2 from heterotrophic bacterioplankton for carbon isotope analyses (13C, 14C). The advantages of the method comprise the operation of replicate incubations at in-situ temperatures using standard laboratory equipment and thus enabling an application in a broad range of conditions. Aquatic priming was investigated in laboratory experiments during the microbial decomposition of two terrestrial DOC substrates (peat water and soil leachate). Thereby, natural phytoplankton served as a source of labile organic matter and the total DOC pool increased throughout the experiments due to exudation and cell lysis of the growing phytoplankton. A priming effect for both terrestrial DOC substrates was revealed via carbon isotope analysis and mixing models. Thereby, priming was more pronounced for the peat water than for the soil leachate. This indicates that the DOC source and the amount of the added labile organic matter might influence the magnitude of a priming effect. Additional analysis via high-resolution mass spectrometry revealed that oxidized, unsaturated compounds were more strongly decomposed under priming (i.e. in phytoplankton presence). Given the observed increase in DOC concentrations during the experiments, it can be concluded that aquatic priming is not easily detectable via net concentration changes alone and could be considered as a qualitative effect. The knowledge gained from this thesis contributes to the understanding of aquatic carbon cycling and demonstrated how DOC dynamics in freshwaters vary with hydrological, seasonal and trophic conditions. It further demonstrated that aquatic priming contributes to the microbial transformation of organic carbon and the observed decay of allochthonous DOC during transport in inland waters. N2 - Gelöster organischer Kohlenstoff (dissolved organic carbon, DOC) bildet nicht nur eine zentrale Komponente des aquatischen Kohlenstoffkreislaufs, sondern auch für die Gewinnung von Trinkwasser aus Oberflächengewässern. In den letzten Jahrzehnten stiegen die DOC-Konzentrationen in Gewässern der nördlichen Hemisphäre an und führen sowohl zu ökologischen Konsequenzen als auch zu Wasserqualitätsproblemen. Die Zusammensetzung des DOC im Pelagial von Seen und Talsperren wird erheblich durch biologische Aktivität beeinflusst, da DOC-Verbindungen gleichzeitig produziert und abgebaut werden. Im Fokus meiner Dissertation standen ein konzeptionelles Verständnis des organischen Kohlenstoffkreislaufs und die damit verbundenen Änderungen in der DOC-Qualität unter verschiedenen hydrologischen und trophischen Bedingungen. Weiterhin wurde das Auftreten eines aquatischen Priming-Effektes untersucht, welcher den mikrobiellen Abbau von stabilem allochthonem DOC im Pelagial fördern könnte. Quantitative und qualitative Untersuchungen wurden unter verschiedenen hydrologischen Bedingungen in drei Vorsperren von Trinkwassertalsperren durchgeführt, die einen Gradienten an DOC-Konzentrationen und Trophie aufwiesen. Alle Vorsperren waren im Epilimnion überwiegend autotroph. Abfluss und Temperatur wurden als Schlüsselfaktoren identifiziert, die Produktion und Respiration in den oberen Wasserschichten der Vorsperren regulieren. Eine vergleichsweise hohe autotrophe Produktion wurde während der Sommer-monate bei hoher Trophie und Basisabfluss beobachtet. Bis zu 30% des gesamten eingetragenen organischen Kohlenstoffes wurde im Epilimnion produziert. Dies beeinflusste die DOC-Qualität in den Vorsperren erheblich und es traten vermehrt Charakteristiken von algenbürtigem DOC unter Basisabfluss in den Sommermonaten auf. Allochthoner DOC dominierte bei hohen Abflüssen und unter oligotrophen Bedingungen, wenn Produktion und Respiration gering waren. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass auch kleine Speicherbecken mit typischerweise kurzen Wasser-aufenthaltszeiten „Hotspots“ für Kohlenstoffumsetzung sind und die Wasserqualität signifikant in Abhängigkeit von Abflussbedingungen, Temperatur und Trophie verändern. Diese Faktoren sind auch für zukünftiges Wassermanagement bedeutsam, da steigende Temperaturen und veränderte Niederschläge im Zuge des Klimawandels prognostiziert werden. Unter Basisabfluss verwerteten heterotrophe Bakterien vorrangig ältere DOC-Komponenten mit einem konventionellen Radiokarbonalter von 195-395 Jahren B.P. („before present“, d. h. vor 1950). Im Gegensatz dazu wurden jüngere DOC-Komponenten (modern, d. h. nach 1950 produziert) nach einem Regenwetterzufluss abgebaut. Daraus lässt sich schließen, dass Alter und mikrobielle Verwertbarkeit des DOC voneinander unabhängig sind. Um das Alter des genutzten DOC zu bestimmen, wurde eine vereinfachte Methode entwickelt, die das Auffangen des bakteriell respirierten CO2 und eine anschließende Analyse der Kohlenstoffisotope (13C, 14C) ermöglicht. Die Vorteile der Methode liegen vor allem in der Verwendung von Replikaten, die bei in-situ Temperaturen inkubiert werden können und in der Nutzung von gängiger Laborausstattung. Dies ermöglicht eine Anwendung der Methode unter einer weiten Bandbreite von Bedingungen. Der aquatische Priming-Effekt wurde in Laborexperimenten während des mikrobiellen Abbaus von zwei terrestrischen DOC-Substraten (Moorwasser und Bodeneluat) untersucht. Phytoplankton diente als Quelle für labile organische Substanz und die DOC-Konzentrationen nahmen durch Exudation und Zelllysis des wachsenden Phytoplanktons während des Experimentes zu. Ein Priming-Effekt wurde für beide terrestrischen DOC-Substrate mittels Analyse von Kohlenstoffisotopen und Mischungsmodellen nachgewiesen, wobei der Priming-Effekt für das Moorwasser stärker ausgeprägt war als für das Bodeneluat. Analysen mittels hochauflösender Massenspektrometrie zeigten, dass verstärkt oxidierte und ungesättigte Verbindungen während des Primings (d. h. in Anwesenheit von Phytoplankton) abgebaut wurden. Aus den angestiegenen DOC-Konzentrationen während des Experimentes kann geschlussfolgert werden, dass ein aquatischer Priming-Effekt nicht allein über Konzentrationsänderungen nachweisbar ist und vielmehr als ein qualitativer Effekt betrachtet werden kann. Diese Arbeit trägt zum Verständnis des aquatischen Kohlenstoffkreislaufs bei und zeigt wie DOC-Dynamiken in Süßgewässern mit hydrologischen, saisonalen und trophischen Bedingungen variieren. Weiterhin wurde gezeigt, dass der aquatische Priming-Effekt zu dem mikrobiellen Umsatz von organischem Kohlenstoff und dem beobachteten Abbau von terrestrischen DOC während des Transportes in Binnengewässern beiträgt. KW - organic carbon KW - water reservoir KW - freshwater ecosystems KW - carbon isotopes KW - degradation KW - radiocarbon KW - autotrophy KW - net production KW - organic matter quality KW - high resolution mass spectrometry KW - microbial decomposition KW - organischer Kohlenstoff KW - Talsperre KW - Kohlenstoffisotope KW - Radiokarbon KW - Autotrophie KW - Nettoproduktion KW - organisches Material KW - hochauflösende Massenspektrometrie KW - mikrobieller Abbau KW - gelöster organischer Kohlenstoff Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-399110 ER - TY - JOUR A1 - Lechleitner, Franziska A. A1 - Breitenbach, Sebastian Franz Martin A1 - Cheng, Hai A1 - Plessen, Birgit A1 - Rehfeld, Kira A1 - Goswami, Bedartha A1 - Marwan, Norbert A1 - Eroglu, Deniz A1 - Adkins, Jess F. A1 - Haug, Gerald T1 - Climatic and in-cave influences on delta O-18 and delta C-13 in a stalagmite from northeastern India through the last deglaciation JF - Quaternary research : an interdisciplinary journal N2 - Northeastern (NE) India experiences extraordinarily pronounced seasonal climate, governed by the Indian summer monsoon (ISM). The vulnerability of this region to floods and droughts calls for detailed and highly resolved paleoclimate reconstructions to assess the recurrence rate and driving factors of ISM changes. We use stable oxygen and carbon isotope ratios (delta O-18 and delta C-13) from stalagmite MAW-6 from Mawmluh Cave to infer climate and environmental conditions in NE India over the last deglaciation (16-6ka). We interpret stalagmite delta O-18 as reflecting ISM strength, whereas delta C-13 appears to be driven by local hydroclimate conditions. Pronounced shifts in ISM strength over the deglaciation are apparent from the delta O-18 record, similarly to other records from monsoonal Asia. The ISM is weaker during the late glacial (LG) period and the Younger Dryas, and stronger during the BOlling-Allerod and Holocene. Local conditions inferred from the delta C-13 record appear to have changed less substantially over time, possibly related to the masking effect of changing precipitation seasonality. Time series analysis of the delta O-18 record reveals more chaotic conditions during the late glacial and higher predictability during the Holocene, likely related to the strengthening of the seasonal recurrence of the ISM with the onset of the Holocene. KW - Indian Summer Monsoon KW - stalagmite KW - oxygen isotopes KW - carbon isotopes KW - deglaciation Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1017/qua.2017.72 SN - 0033-5894 SN - 1096-0287 VL - 88 SP - 458 EP - 471 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - GEN A1 - Zibulski, Romy A1 - Wesener, Felix A1 - Wilkes, Heinz A1 - Plessen, Birgit A1 - Pestryakova, Luidmila Agafyevna A1 - Herzschuh, Ulrike T1 - C / N ratio, stable isotope (δ 13 C, δ 15 N), and n-alkane patterns of brown mosses along hydrological gradients of low-centred polygons of the Siberian Arctic T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Mosses are a major component of the arctic vegetation, particularly in wetlands. We present C / N atomic ratio, delta C-13 and delta N-15 data of 400 brown-moss samples belonging to 10 species that were collected along hydrological gradients within polygonal mires located on the southern Taymyr Peninsula and the Lena River delta in northern Siberia. Additionally, n-alkane patterns of six of these species (16 samples) were investigated. The aim of the study is to see whether the inter-and intraspecific differences in C / N, isotopic compositions and n-alkanes are indicative of habitat, particularly with respect to water level. Overall, we find high variability in all investigated parameters for two different moisture-related groups of moss species. The C / N ratios range between 11 and 53 (median: 32) and show large variations at the intraspecific level. However, species preferring a dry habitat (xero-mesophilic mosses) show higher C / N ratios than those preferring a wet habitat (meso-hygrophilic mosses). The delta C-13 values range between 37.0 and 22.5% (median D 27.8 %). The delta N-15 values range between 6.6 and C 1.7%(median D 2.2 %). We find differences in delta C-13 and delta N-15 compositions between both habitat types. For some species of the meso-hygrophilic group, we suggest that a relationship between the individ-ual habitat water level and isotopic composition can be inferred as a function of microbial symbiosis. The n-alkane distribution also shows differences primarily between xeromesophilic and meso-hygrophilic mosses, i. e. having a dominance of n-alkanes with long (n-C29, n-C31 /and intermediate (n-C25 /chain lengths, respectively. Overall, our results reveal that C / N ratios, isotopic signals and n-alkanes of studied brown-moss taxa from polygonal wetlands are characteristic of their habitat. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 672 KW - atmospheric nitrogen deposition KW - Lena River delta KW - free amino-acids KW - ombrotrophic peat KW - carbon isotopes KW - aquatic macrophytes KW - methane oxidation KW - organic matter KW - soil-nitrogen KW - plants Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-417104 SN - 1866-8372 IS - 672 ER -